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《FMCW探冰雷达信号处理算法研究》篇一一、引言随着雷达技术的不断发展，FMCW（Frequency Modulated Continuous Wave）探冰雷达在冰情监测、海洋探测等领域得到了广泛应用。
FMCW探冰雷达通过发射连续调频波信号，并接收反射回来的回波信号，根据频率差异实现对冰层的探测与测量。
而信号处理算法作为FMCW探冰雷达的核心技术之一，对于提高雷达性能和探测精度具有重要意义。
本文将对FMCW探冰雷达信号处理算法进行研究，旨在为相关领域提供一定的理论依据和技术支持。
二、FMCW探冰雷达基本原理FMCW探冰雷达采用连续调频波信号进行探测，其基本原理包括信号发射、回波接收和信号处理三个部分。
首先，雷达发射机产生连续的调频波信号，该信号在空间中传播并遇到冰层等目标后产生反射回波。
然后，雷达接收机接收回波信号，并将其与发射信号进行比对和处理。
最后，通过分析频率差异等信息，得出目标的距离、速度等参数。
三、信号处理算法研究（一）频谱分析算法频谱分析算法是FMCW探冰雷达信号处理的核心算法之一。
该算法通过对接收到的回波信号进行频谱分析，提取出频率差异信息，从而实现对目标的距离、速度等参数的测量。
常用的频谱分析算法包括快速傅里叶变换（FFT）等。
通过对FFT算法进行优化和改进，可以提高频谱分析的精度和效率，从而进一步提高雷达的探测性能。
（二）信号去噪算法在FMCW探冰雷达的信号处理过程中，由于受到环境噪声、干扰等因素的影响，接收到的回波信号往往存在噪声干扰。
为了提取出有用的信号信息，需要采用信号去噪算法对回波信号进行处理。
常用的信号去噪算法包括小波变换、自适应滤波等。
这些算法可以通过对回波信号进行滤波、平滑等处理，有效地去除噪声干扰，提高信号的信噪比。
（三）多目标跟踪与识别算法在FMCW探冰雷达的探测过程中，往往存在多个目标同时被探测到的情况。
为了实现对多个目标的跟踪和识别，需要采用多目标跟踪与识别算法。
摘要在城市以及乡镇的现代化建设不断发展的趋势下，公路、桥梁等基础交通设施的分布范围越来越广。
随着使用时间的增长，这些基础设施由于各种原因(如建材质量、交通工具超载、恶劣天气等)会出现各种病害，如裂缝、下沉、脱空、变形等，容易造成各种交通事故，因此公路、桥梁等基础交通设施的状况调查和护养愈显重要。
同时由于规划与建设的不同步，在布置和建设地下管道、电缆、排水系统等地下设施时，常会遇到与其它工程设施冲突的问题。
因此在正式实施地下设施建设工程前，需要获取地下结构和目标分布等信息，以分析地下工程的可行性。
超宽带探地雷达技术是一种高效、精确的无损探测方式，对浅层目标具有良好的探测效果。
本文叙述了超宽带探地雷达的发展背景，系统组成与技术原理，研究了超宽带探地雷达在浅层目标探测方面的重构与仿真，并提出了一种基于功率谱估计的超宽带探地雷达浅层目标探测方法，同时分别利用RIS-K2探地雷达系统与GprMax2D软件进行实测和仿真实验，在Matlab数值计算环境中对所提出的方法进行目标探测数据处理。
本文的主要研究工作和成果如下：1.对超宽带探地雷达系统和理论进行了研究，对浅层目标进行了模型重构，同时利用基于时域有限差分法(FDTD)的GprMax2D软件对重构模型进行仿真，利用Matlab软件进行目标仿真数据处理。
2.将超宽带探地雷达技术理论应用于具体的实践应用中。
本文使用意大利IDS公司RIS-K2探地雷达系统进行了目标数据采集和目标探测实验。
同时利用Matlab软件对所采集的数据进行了成像和算法处理。
3.本文提出了一种基于功率谱估计的超宽带探地雷达浅层目标探测方法。
该方法主要针对探测深度小于5m的浅层目标探测的应用，减少了探测过程中所需存储的数据量，计算复杂度低，算法处理速度快，可以实现采集过程与数据处理过程的结合。
本文利用RIS-K2探地雷达系统对华南理工大学五山校区内的湖滨北路与嵩山路进行了实测，利用所提方法对探测采集的数据进行了数据处理与数据分析。
万方数据 万方数据李青山等：弹载ＦＭＣＷＳＡＲＲＤ成像算法研究总第１８１期圈Ｉ磷警Ｉ距离向ＦＦＴＩ．击方位向ＦＦＴＦＭＣＷＳＡＲ图像图２ＦＭＣＷＳＡＲＲＤ成像算法对式（８）匹配滤波后得：Ｓ暖（ｆｒ，ｆ４、）一Ｉｓｉｎｅ（ＡｌＡ２）ｅｘｐ（一歹２以￡ｏ）（１０）对式（１０）在方位向进行傅氏逆变换，从而完成信号处理，得到ＳＡＲ图像，其处理过程，如图２所示。
５仿真分析仿真中所用参数，如表１所示。
巡航导弹的最大速度一般为０．９马赫，巡航速度一般只有０．７马赫。
本文以“战斧”巡航导弹为背景，“战斧”的飞行速度为０．５～０．７５马赫，本文选取的导弹速度为２４５ｍ／ｓ。
由于巡航导弹的巡航高度一般不大于１５０ｍＬ８ｌ，在此处选取的高度为１１２．５ｍ。
ＦＭＣＷＳＡＲ波束中心与地面夹角为５０。
表１ＦＭＣＷＳＡＲ仿真参数载波频率１０ＧＨｚ信号调制带宽２００ＭＨｚ调频周期ｌｍｓ条带中心斜距１７５ｍ调制波形锯齿波巡航导弹速度２４５ｍ／ｓ导弹高度１１２．５ｍ条带宽度１００．４６ｍ距离分辨率０．７５ｍ方位分辨率０．３ｍ在场景中设置了５个点目标，位置参数如表２所示。
表２点目标位置Ｉｎ目标１２３４５距离坐标１５９１９１１７６１９１１５９方位坐标１０１０一１５００图３ＦＭＣＷＳＡＲ成像结果利用上述仿真参数，通过如图２所示流程，完成大斜视ＦＭＣＷＳＡＲ成像，成像结果如图３所示。
由图３可见，对五个点目标成像，为了便于观察各个点目标的位置，图４给出二维表示结果，由图４可见，五个点目标所成图像的位置与表２所给相同。
昌褪蛰方位（ｍ）图４成像结果的二维表示６结语由于巡航导弹在战争中所取得的显赫战绩，众多国家争相研制和拥有这种武器。
可以预见：在不远的将来，巡航导弹的扩散不可避免。
提高巡航导弹打击效果的最有效手段是提高巡航导弹的制导精度。
本文以“战斧”巡航导弹为背景，分析了弹载ＦＭＣＷＳＡＲ信号模型，推导了ＦＭＣＷｓＡＲ的信号处理过程，给出了ＲＤ算法仿真结果。
LOW-FREQUENCY ACTIVE TOWED SONAR (LFATS)LFATS is a full-feature, long-range,low-frequency variable depth sonarDeveloped for active sonar operation against modern dieselelectric submarines, LFATS has demonstrated consistent detection performance in shallow and deep water. LFATS also provides a passive mode and includes a full set of passive tools and features.COMPACT SIZELFATS is a small, lightweight, air-transportable, ruggedized system designed specifically for easy installation on small vessels. CONFIGURABLELFATS can operate in a stand-alone configuration or be easily integrated into the ship’s combat system.TACTICAL BISTATIC AND MULTISTATIC CAPABILITYA robust infrastructure permits interoperability with the HELRAS helicopter dipping sonar and all key sonobuoys.HIGHLY MANEUVERABLEOwn-ship noise reduction processing algorithms, coupled with compact twin line receivers, enable short-scope towing for efficient maneuvering, fast deployment and unencumbered operation in shallow water.COMPACT WINCH AND HANDLING SYSTEMAn ultrastable structure assures safe, reliable operation in heavy seas and permits manual or console-controlled deployment, retrieval and depth-keeping. FULL 360° COVERAGEA dual parallel array configuration and advanced signal processing achieve instantaneous, unambiguous left/right target discrimination.SPACE-SAVING TRANSMITTERTOW-BODY CONFIGURATIONInnovative technology achievesomnidirectional, large aperture acousticperformance in a compact, sleek tow-body assembly.REVERBERATION SUPRESSIONThe unique transmitter design enablesforward, aft, port and starboarddirectional transmission. This capabilitydiverts energy concentration away fromshorelines and landmasses, minimizingreverb and optimizing target detection.SONAR PERFORMANCE PREDICTIONA key ingredient to mission planning,LFATS computes and displays systemdetection capability based on modeled ormeasured environmental data.Key Features>Wide-area search>Target detection, localization andclassification>T racking and attack>Embedded trainingSonar Processing>Active processing: State-of-the-art signal processing offers acomprehensive range of single- andmulti-pulse, FM and CW processingfor detection and tracking. Targetdetection, localization andclassification>P assive processing: LFATS featuresfull 100-to-2,000 Hz continuouswideband coverage. Broadband,DEMON and narrowband analyzers,torpedo alert and extendedtracking functions constitute asuite of passive tools to track andanalyze targets.>Playback mode: Playback isseamlessly integrated intopassive and active operation,enabling postanalysis of pre-recorded mission data and is a keycomponent to operator training.>Built-in test: Power-up, continuousbackground and operator-initiatedtest modes combine to boostsystem availability and accelerateoperational readiness.UNIQUE EXTENSION/RETRACTIONMECHANISM TRANSFORMS COMPACTTOW-BODY CONFIGURATION TO ALARGE-APERTURE MULTIDIRECTIONALTRANSMITTERDISPLAYS AND OPERATOR INTERFACES>State-of-the-art workstation-based operator machineinterface: Trackball, point-and-click control, pull-down menu function and parameter selection allows easy access to key information. >Displays: A strategic balance of multifunction displays,built on a modern OpenGL framework, offer flexible search, classification and geographic formats. Ground-stabilized, high-resolution color monitors capture details in the real-time processed sonar data. > B uilt-in operator aids: To simplify operation, LFATS provides recommended mode/parameter settings, automated range-of-day estimation and data history recall. >COTS hardware: LFATS incorporates a modular, expandable open architecture to accommodate future technology.L3Harrissellsht_LFATS© 2022 L3Harris Technologies, Inc. | 09/2022NON-EXPORT CONTROLLED - These item(s)/data have been reviewed in accordance with the InternationalTraffic in Arms Regulations (ITAR), 22 CFR part 120.33, and the Export Administration Regulations (EAR), 15 CFR 734(3)(b)(3), and may be released without export restrictions.L3Harris Technologies is an agile global aerospace and defense technology innovator, delivering end-to-endsolutions that meet customers’ mission-critical needs. The company provides advanced defense and commercial technologies across air, land, sea, space and cyber domains.t 818 367 0111 | f 818 364 2491 *******************WINCH AND HANDLINGSYSTEMSHIP ELECTRONICSTOWED SUBSYSTEMSONAR OPERATORCONSOLETRANSMIT POWERAMPLIFIER 1025 W. NASA Boulevard Melbourne, FL 32919SPECIFICATIONSOperating Modes Active, passive, test, playback, multi-staticSource Level 219 dB Omnidirectional, 222 dB Sector Steered Projector Elements 16 in 4 stavesTransmission Omnidirectional or by sector Operating Depth 15-to-300 m Survival Speed 30 knotsSize Winch & Handling Subsystem:180 in. x 138 in. x 84 in.(4.5 m x 3.5 m x 2.2 m)Sonar Operator Console:60 in. x 26 in. x 68 in.(1.52 m x 0.66 m x 1.73 m)Transmit Power Amplifier:42 in. x 28 in. x 68 in.(1.07 m x 0.71 m x 1.73 m)Weight Winch & Handling: 3,954 kg (8,717 lb.)Towed Subsystem: 678 kg (1,495 lb.)Ship Electronics: 928 kg (2,045 lb.)Platforms Frigates, corvettes, small patrol boats Receive ArrayConfiguration: Twin-lineNumber of channels: 48 per lineLength: 26.5 m (86.9 ft.)Array directivity: >18 dB @ 1,380 HzLFATS PROCESSINGActiveActive Band 1,200-to-1,00 HzProcessing CW, FM, wavetrain, multi-pulse matched filtering Pulse Lengths Range-dependent, .039 to 10 sec. max.FM Bandwidth 50, 100 and 300 HzTracking 20 auto and operator-initiated Displays PPI, bearing range, Doppler range, FM A-scan, geographic overlayRange Scale5, 10, 20, 40, and 80 kyd PassivePassive Band Continuous 100-to-2,000 HzProcessing Broadband, narrowband, ALI, DEMON and tracking Displays BTR, BFI, NALI, DEMON and LOFAR Tracking 20 auto and operator-initiatedCommonOwn-ship noise reduction, doppler nullification, directional audio。
W波段FMCW SAR系统实现与试验姜漫;王辉;孙志强;潘嘉祺;王群【摘要】与C波段、X波段和Ka波段相比,W波段的调频连续波(FMCW)合成孔径雷达(SAR)系统因具有更高的分辨率,更易实现低功耗与小型化而备受关注.W波段波长短,因此该波段的FMCW SAR更适用于短距离成像.提出一种W波段FMCW SAR系统的设计方案,根据提出的系统方案与指标,实现W波段FMCW轨道SAR系统的样机研制.该系统分辨率可达5 cm.系统样机试验在上海交通大学的多功能船模拖拽水池完成.设置不同目标进行成像试验,最终得到多组有效试验数据,并基于改进的RD算法进行数据处理,得到理想的SAR图像.经分析可知,系统实际分辨率优于5 cm.试验结果证明了W波段FMCW SAR系统的可行性与有效性.【期刊名称】《上海航天》【年(卷),期】2018(035)006【总页数】6页(P12-17)【关键词】W波段;调频连续波;合成孔径雷达;轨道;高分辨率;成像【作者】姜漫;王辉;孙志强;潘嘉祺;王群【作者单位】上海航天技术研究院毫米波遥感技术重点实验室,北京100086;上海航天技术研究院毫米波遥感技术重点实验室,上海201109;上海航天技术研究院毫米波遥感技术重点实验室,北京100086;上海航天技术研究院毫米波遥感技术重点实验室,北京100086;上海航天技术研究院毫米波遥感技术重点实验室,北京100086【正文语种】中文【中图分类】TN958.940 引言合成孔径雷达(SAR)具有全天时、全天候的特点，在遥感成像方面独具优势，而调频连续波(FMCW)SAR更易实现小型化，在地理测绘、灾区评估、海面安全巡视等应用领域备受关注。
与X波段和Ka波段相比，W波段波长短，成像更细腻，能更好地表现出类光学特性[1]。
国内外对W波段SAR的研究也日益深入[2]。
德国高频物理和雷达技术研究所研制的W波段无人机SAR系统SARape和MIRANDA，已完成了样机研制与试验。
利用多普勒分辨率的FMCW SAR成像算法汪玲;岳怡然;熊倩【期刊名称】《信号处理》【年(卷),期】2017(33)7【摘要】Synthetic Aperture Radar using Frequency modulated continuous waveforms (FMCW SAR) has the advantages of low cost and low power consumption,which facilitates the development of small or micro SAR systems.The existing FM-CW SAR imaging algorithms rely on wideband transmitted waveforms to achieve high range resolution.In this paper,we presented a new imaging algorithm for FMCW SAR.Besides the range resolution,this algorithm can exploit the good Doppler resolution provided by CWs by using the temporal/intrapulse Doppler in the imaging,which lead to a range resolution not dependent only on the bandwidth of the transmitted waveform and can provide good range resolution for narrowband cases.The performance of the presented algorithm was analyzed from the perspectives of algorithm flowchart,imaging lookdirection and image resolution.Simulations verified the presented algorithm and the theoretical findings.%调频连续波合成孔径雷达(FMCW SAR)具有低成本、低功耗的优势,小型或微小型SAR普遍采用FMCW工作体制.目前已有的FMCW SAR成像方法均是依靠发射宽带信号获取距离向高分辨,本文给出一种新的FMCW SAR成像算法.该算法除了利用距离分辨外,还可通过利用脉内多普勒频率,有效利用连续波较好的多普勒分辨率,使FMCW SAR在近距离成像时,距离向的分辨率可以不仅受带宽限制,在FMCW带宽较窄时也能够提供良好的距离向分辨率.在算法流程、成像视线方向和分辨率三方面,与基于距离分辨率的传统FMCWSAR成像算法进行对比,分析给出的成像算法的性能,并通过仿真实验进行验证.【总页数】9页(P961-969)【作者】汪玲;岳怡然;熊倩【作者单位】南京航空航天大学电子与信息工程学院雷达成像与微波光子技术教育部重点实验室,江苏南京210016;南京航空航天大学电子与信息工程学院雷达成像与微波光子技术教育部重点实验室,江苏南京210016;南京航空航天大学电子与信息工程学院雷达成像与微波光子技术教育部重点实验室,江苏南京210016【正文语种】中文【中图分类】TN958【相关文献】1.一种提高距离分辨率的FMCW SAR RD成像算法 [J], 王颖;曲长文;周强;王洋2.基于LFMCW体制的分布式SAR高分辨率成像方法研究 [J], 李堃;梁兴东;陈龙永;王杰;吴一戎3.宽条带FMCW SAR距离多普勒算法 [J], 陈鏐蕴;沈先耿4.多普勒效应对FMCW-SAR系统成像性能的影响分析 [J], 张大炜;魏芳;王岩飞5.高速运动平台高距离分辨率FMCW SAR RD算法 [J], 陈鏐蕴;曲毅;张箭;路婕因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
